Page 73 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 张 旭，等： 高温大理岩的动态能量耗散机理及破坏特征 第 6 期

降低，弹性模量逐渐减小，损伤逐渐增大。根据与之对应的破碎情况可知，随着温度的增加，大理岩破碎
更加明显，破碎形态由 “X 型” 共轭剪切破坏转变为粉碎性破坏，其原因是高温使得岩石内部赋存的
水分蒸发，分子间黏结力逐渐变小，温度达到 600℃ 后方解石分解，诱发大量随机分布的微裂纹快速交
汇形成网状结构，叠加动态加载的高应变率抑制塑性变形，使得大理岩表现为粉碎性破坏。据此初步得
到大理岩在 600℃ 附近损伤劣化明显。
不同冲击速度和温度下大理岩的破坏过程相似。如图 4 所示，12.5 m/s、200 ℃ 条件下大理岩试样
表面受力先集中后均匀分布，裂隙由边缘向中心发展，表现为裂隙不断发育后贯穿岩样，形成明显的
X 型共轭剪切破坏。结合图 3，在 484 μs 时岩样内部有裂隙发育，对应应力-应变曲线从零增大并呈线性
变化；在 525 μs 时大理岩开始发生破坏，对应应力应变曲线转化为非线性塑性变化；在 559 μs 时大理岩
完全破坏，对应应力-应变曲线达到峰值点直至 895 μs 计算时长结束，大理岩呈最终破坏形态。

(a) 484 μs (b) 525 μs (c) 544 μs (d) 559 μs (e) 895 μs
图 4 高温大理岩破坏过程 (12.5 m/s, 200 ℃)
Fig. 4 Damage process of high temperature marble (12.5 m/s, 200 ℃)

2.2 能量变化情况
在动态压缩试验中，入射能量被吸收、反射和透射，其中入射、反射、透射能量分别为：
 w t
2
 W i = A G cE ε dt
 i
 0

 w t
2
W r = A G cE ε dt (5)
r
 0
 w
 t
 2
W t = A G cE ε dt

t
0
高温大理岩动态能量时程曲线见图 5。不同冲击速度下大理岩能量演化随温度的变化规律具有类
似性，随着温度的升高，大理岩孔隙率增加，透射能量随加热温度的升高而减小，反射能量随加热温度的
升高而增大，吸收能则随温度升高呈减小趋势，最终降为最小值，是由于在 800 ℃ 时，矿物间和矿物内部
的黏聚力减弱，此时岩样破碎所需的能量相对较少。
为消除相同冲击载荷下入射能量分类的误差，分别定义能量比率为反射能、透射能和吸收能与入射
能的比值，图 6 更直观准确地展现大理岩的能量演化趋势。图 6(a) 给出了能量比率与温度的关系，反射
比率随温度的升高而增加，而透射能量所占的比例则降低。当大理岩温度从 25 ℃ 升高到 400 ℃ 时，透
射能从 10.36% 下降到 4.79%，吸收能下降到 33.20%。加热至 800 ℃ 时，大理岩的透射和反射能量占比
分别为 0.35% 和 9.14%。图 6(b) 表示能量比率与应变率之间的关系，其规律与温度类似，反射比率随应
变率的升高而增加，而透射能量、吸收能量所占的比例则降低。

150 120
Stabilise Stabilise Stabilise
200
90
Increase 100 Increase Increase
Energy/J 100 Energy/J Energy/J 60
150
Decline 50 Decline 30 Decline
50
Decline
Decline
0 Decline 0 0
0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250
t/µs t/µs t/µs
(a) v=10.0 m/s (b) v=11.5 m/s (c) v=12.5 m/s

061413-6

℃